AC-20C沥青混合料目标
配合比设计报告
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1 概 述 1.1 概述
汪清至延吉段高速公路建设项目GSZ03合同段由长春市政建设（集团）有限公司承建，其桩号范围为K36+000~K55+741，路线总长度为19.741Km。AC-20下面层施工面积为501914m2。
设计文件给定沥青种类为SBS I-C类改性沥青，沥青产地盘锦，碎石产地凉水石场，矿粉产地磐石，消石灰产地图们，机制砂产地安图。经自检及总监办验证，原材料各项指标符合设计要求，可以用于AC-20C下面层施工。
1.2 设计依据
本合同段沥青混合料配合比设计采用现行规范规定的马歇尔法进行设计，设计采用的有关技术规程和依据有：
（1）《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006) （2）《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004) （3）《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000) （4）《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005) （5）《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004） （6）《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）
1.3 原材料来源
本项目下面层AC-20C沥青砼目标配合比设计试验所采用的集料为凉水石场生产的玄武岩，集料粒径规格分别为 9.5-19.0mm、4.75-9.5mm、2.36-4.75mm，机制砂规格S16(0-2.36mm)；矿粉为磐石石粉厂生产；消石灰产地图们；沥青采用延边路兴沥青储运站提供的盘锦产SBS I-C类改性沥青。
2 原材料试验 2.1 沥青
沥青试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000的要
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求和方法进行，沥青性能指标试验结果和设计要求见表2-1所列。
SBS I-C类改性沥青沥青试验结果 表2-1
项 目 针入度(25℃，100g， 5s，0.1mm) 延度(5cm/min，15℃，cm) 软化点(℃) 密度(25℃) 试验结果 66.7 68.6 70.9 1.022 设计要求 60～80 ≥30 55 实测 试验依据 T0604-2000 T0605-1993 T0606-2000 T0603-1993 试验结果表明：盘锦产SBS I-C类改性沥青各项检测指标均符合本项目技术要求。
2.2 沥青与集料的粘附性
沥青与粗集料粘附性试验采用按T0616-1993中规定的水煮法，其试验结果如表2-2所列。
沥青与集料粘附性试验结果 表2-2
沥青与集料粘附性 试验后石料表面上沥青膜剥落情况 沥青膜完全保存，剥离面积百分率接近于0 粘附性等级 5 2.3 集料
集料试验严格按照《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)的方法进行，粗、细集料试验结果和设计要求分别见表2-3、2-4所列。
粗集料试验结果 表2-3
试验项目 洛杉矶磨耗损失 压碎值 9.5-19mm碎石 表观相对密度 4.75-9.5mm碎石 2.36-4.75mm碎石 9.5-19mm碎石 毛体积相对密度 4.75-9.5mm碎石 2.36-4.75mm碎石 吸水率
9.5-19mm碎石 ％ - - 单位 ％ ％ 试验结果 合格 15.2 2.880 2.882 2.882 2.788 2.800 2.787 1.2 ≯3.0 T0307－2005 3
- T0304－2005 ≮2.50 T0304－2005 设计要求 ≯30 ≯28 试验依据 T0317－2005 T0316－2005 4.75-9.5mm碎石 2.36-4.75mm碎石 软石含量 9.5-19mm碎石 针片状颗粒含量 4.75-9.5mm碎石 9.5-19mm碎石 4.75-9.5mm碎石 2.36-4.75mm碎石 ％ ％ ％ 1.1 1.2 - 2.0 ≯18 0.9 0.4 T0310－2005 0.6 0.7 ≯1 T0312－2005 ≯5 T0320－2000 水洗法＜0.075mm颗粒含量
细集料试验结果 表2-4
试验项目 表观相对密度 毛体积相对密度 砂当量 粗糙度 单位 - - ％ S 试验结果 - 2.715 81 41.1 设计要求 ≮2.50 T0330－2005 - ≮60 ≯30 T0334－2005 T0349－2005 试验依据 由表2-3和表2-4试验结果可见：粗、细集料各项检测指标均符合本项目技术要求。
2.4 矿粉及消石灰试验
矿粉及水泥试验项目按《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)规定的方法进行试验，其结果见表2-5所列。
矿粉及消石灰技术指标 表2-5
试验项目 矿粉 表观相对密度 消石灰 矿粉亲水系数 含水量 塑性指数 粒度范围＜0.6mm ＜0.15mm 消石灰 ＜0.075mm 矿粉 95.1 83.6 75～100 矿粉 消石灰 矿粉 ％ - ％ - - 2.392 0.6 0.36 1.2 100 100 100 95.7 90～100 T0351-2000 \\ ＜1 ≯1 ＜4 T0353-2000 T0332-2005 T0354-2000 单位 试验结果 2.689 设计要求 ≮2.50 T0352-2000 试验依据 4
消石灰
83.3 由表2-5试验结果可见：矿粉及消石灰各项检测指标均符合本项目技术要求。
3 AC-20C型沥青混合料目标配合比设计
根据本项目实际情况和工期安排，本合同段沥青混合料配合比设计采用马歇尔试验法。根据本合同使用的矿料和沥青实际情况，以及其他项目的成功经验，拟定三个矿料级配进行试验，以确定各种材料的最佳组成，使之既能满足路面性能要求，又能符合经济性。
3.1 方案Ⅰ
1、原材料筛分及合成级配
各种矿料级配和方案I合成矿料级配如表3-1所列。
AC-20C型沥青混合料合成矿料级配组成(方案Ⅰ) 表
3-1
2、矿料合成级配曲线图
方案Ⅰ矿料合成级配曲线如图3-1所示。
图3-1 AC-20C 下面层(方案Ⅰ)矿料合成级配曲线图
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3、马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 ①AC-20C (方案Ⅰ)马歇尔试验 方案I各油石比马歇尔结果见表3-2。
AC-20C (方案Ⅰ)马歇尔试验结果 表3-2
试件 组号 1 2 3 4 5 技术 要求 油石比(％) 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 - 试件相对密度 实际 2.425 2.448 2.466 2.467 2.643 - 理论 2.612 2.593 2.574 2.555 2.537 - 空隙率(％) 7.2 5.6 4.2 3.5 2.9 3～5 矿料间隙率(％) 15.2 14.7 14.6 15.0 15.5 ≥13 沥青饱和度(％) 52.7 62.2 71.3 77.0 81.1 65～75 稳定度(kN) 7.2 7.8 9.3 9.0 8.1 ≥8.0 流值 (0.01mm) 25.7 31.1 35.3 39.7 45.5 20～40 注：1)沥青加热温度控制在170℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为180～200℃；混合料拌和温度为180℃，上下浮动±5℃；击实温度为170～180℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得到。
②最佳沥青用量确定
由表3-2得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图3所示。
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图3-2 AC-20C下面层目标配合比(方案Ⅰ)确定沥青用量图
根据曲线图,得出油石比OAC：
OAC1= （a1+a2+a3+a4）/4=（4.7+4.5+4.6+4.6）/4=4.55 OAC2＝（OACmin+ OACmax）/2=(4.5+4.8)/2＝4.50
根据OAC1和OAC2，结合实践经验和本项目交通量、气候条件，综合确定ATB-25目标配合比(方案Ⅰ)的最佳油石比为：OAC=4.53%。
4、最佳油石比马歇尔试验
根据确定的各种矿料比例、级配和最佳油石比进行了马歇尔试件制作，并对其进行相关试验，其试验结果如表3-3所列。
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AC-20C (方案Ⅰ)最佳油石比马歇尔试验结果 表3-3
油石比(％) 4.53 - 试件相对密度 实际 2.461 - 理论 2.573 - 空隙率(％) 4.3 3～5 矿料间隙率(％) 14.7 ≥13 沥青饱和度(％) 70.6 65～75 稳定度(kN) 9.4 ≥8.0 流值 (0.01mm) 35.7 20～40 指标 结果 技术 要求 注：1)沥青加热温度控制在170℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为180～200℃；混合料拌和温度为180℃，上下浮动±5℃；击实温度为170～180℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得到。
由表3-3可见，最佳油石比马歇尔试验结果的各项体积指标均符合设计技术要求。
5、浸水马歇尔试验
根据确定的各种矿料比例、级配和最佳油石比进行了马歇尔试件制作，并进行残留稳定度试验，以判断目标配合比沥青混合料抗水损害性能，试验结果如表3-4所列。
AC-20C (方案Ⅰ)残留稳定度试验结果 表3-4
油石比 （％） 稳定度(kN) 浸水时间 试验结果 平均值 残留稳定度(％) 设计要求（%） 2.458 2.465 30min 2.461 2.461 2.461 4.53 2.465 2.464 48h 91.3 ≥85 2.462 2.460 2.463
由表3-4可见，AC-20C（方案I）沥青混合料残留稳定度满足设计要求。
3.2 方案Ⅱ
1、原材料筛分及合成级配
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各种矿料级配和方案II合成矿料级配如表3-6所列。
AC-20C型沥青混合料合成矿料级配组成(方案Ⅱ) 表
3-6
2、矿料合成级配曲线图
方案II矿料合成级配曲线如图3-3所示。
图3-3 AC-20C型(方案Ⅱ)矿料合成级配曲线图
3、马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 ①AC-20C (方案II)马歇尔试验 方案II各油石比马歇尔结果见表3-7。
AC-20C (方案Ⅱ)马歇尔试验结果 表3-7
试件 组号 1 2 3 4 5 油石比(％) 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 试件相对密度 实际 理论 空隙率(％) 矿料间隙率(％) 沥青饱和度(％) 稳定度(kN) 流值 (0.01mm) 2.415 2.444 2.463 2.466 2.463 2.614 2.594 2.576 2.557 2.539 7.6 5.8 4.4 3.6 3.0 15.6 15.0 14.8 15.1 15.6 51.5 51.4 70.3 76.5 80.8 6.8 7.3 8.8 10.4 9.8 27.5 31.2 33.8 36.7 43.7 9
技术 要求 - - - 3～5 ≥13 65～75 ≥8.0 20～40 注：1)沥青加热温度控制在170℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为180～200℃；混合料拌和温度为180℃，上下浮动±5℃；击实温度为170～180℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得到。
②最佳沥青用量确定
由表3-7得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图3-4所示。
图3-4 AC-20C 下面层目标配合比(方案II)确定沥青用量图
根据曲线图,得出油石比OAC：
OAC1= （a1+a2+a3+a4）/4=（5.0+5.0+4.75+4.5）/4=4.81 OAC2＝（OACmin+ OACmax）/2=(4.30+4.85)/2＝4.58
根据OAC1和OAC2，结合实践经验和本项目交通量、气候条件，综合确定AC-20C目标配合比(方案II)的最佳油石比为：OAC=4.69%。
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4、最佳油石比马歇尔试验
根据确定的各种矿料比例、级配和最佳油石比进行了马歇尔试件制作，并对其进行相关试验，其试验结果如表3-8所列。
AC-20C (方案Ⅱ)最佳油石比马歇尔试验结果 表3-8
指标 油石比(％) 4.69 - 试件相对密度 实际 2.461 - 理论 2.568 - 空隙率(％) 4.2 3～5 矿料间隙率(％) 15.0 ≥13 沥青饱和度(％) 72.1 65～75 稳定度(kN) 9.7 ≥8.0 流值 (0.01mm) 34.6 20～40 结果 技术 要求 注：1)沥青加热温度控制在170℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为180～200℃；混合料拌和温度为180℃，上下浮动±5℃；击实温度为170～180℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得到。
由表3-8可见，最佳油石比马歇尔试验结果的各项体积指标均符合设计技术要求。
5、浸水马歇尔试验
根据确定的各种矿料比例、级配和最佳油石比进行了马歇尔试件制作，并进行残留稳定度试验，以判断目标配合比沥青混合料抗水损害性能，试验结果如表3-9所列。
AC-20C (方案Ⅱ)残留稳定度试验结果 表3-9
油石比 (％) 稳定度(kN) 浸水时间 试验结果 平均值 残留稳定度（%） 设计要求（%） 2.463 2.462 30min 2.460 2.461 2.461 4.69 2.463 2.464 48h 90.6 ≥85 2.463 2.466 2.464
由表3-9可见，AC-20C（方案II）沥青混合料残留稳定满足设计要求。
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3.3 方案Ⅲ
1、原材料筛分及合成级配
各种矿料级配和方案III合成矿料级配如表3-11所列。
AC-20C型沥青混合料合成矿料级配组成(方案Ⅲ) 表3-11
2、矿料合成级配曲线图
方案III矿料合成级配曲线如图3-5所示。
图3-5 AC-20C型(方案Ⅲ)矿料合成级配曲线图
3、马歇尔试验结果及最佳沥青用量确定 ①AC-20C (方案III)马歇尔试验
方案III各油石比马歇尔结果见表3-12。
AC-20C (方案Ⅲ)马歇尔试验结果 表3-12
试件 组号 1 2 3 4 油石比(％) 3.5 4.0 4.5 5.0 试件相对密度 实际 理论 空隙率(％) 矿料间隙率(％) 沥青饱和度(％) 稳定度(kN) 流值 (0.01mm) 2.413 2.438 2.464 2.464 2.616 2.596 2.577 2.559 7.7 6.1 4.4 3.7 15.8 15.2 14.8 15.2 51.0 60.0 70.3 75.6 7.0 7.8 8.5 8.8 23.0 28.2 29.3 34.6 12
5 技术 要求 5.5 - 2.460 - 2.541 - 3.2 3～5 15.7 ≥13 79.7 65～75 8.0 ≥8.0 41.3 20～40 注：1)沥青加热温度控制在170℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为180～200℃；混合料拌和温度为180℃，上下浮动±5℃；击实温度为170～180℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得到。
②最佳沥青用量确定
由表3-12得出的油石比与各项测定指标的关系曲线如图3-6所示。
图3-6 AC-20C 下面层目标配合比(方案Ⅲ)确定沥青用量图
根据曲线图,得出油石比OAC：
OAC1= （a1+a2+a3+a4）/4=（4.6+5.0+4.75+4.75）/4=4.70 OAC2＝（OACmin+ OACmax）/2=(4.3+4.95)/2＝4.63
根据OAC1和OAC2，结合实践经验和本项目交通量、气候条件，综合确定AC-20C目标配合比(方案III)的最佳油石比为：OAC=4.66%。
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4、最佳油石比马歇尔试验
根据确定的各种矿料比例、级配和最佳油石比进行了马歇尔试件制作，并对其进行相关试验，其试验结果如表3-13所列。
AC-20C (方案Ⅲ)最佳油石比马歇尔试验结果 表3-13
指标 油石比(％) 4.66 - 试件相对密度 实际 2.461 - 理论 2.571 - 空隙率(％) 4.3 3～5 矿料间隙率(％) 15.1 ≥13 沥青饱和度(％) 71.3 65～75 稳定度(kN) 8.7 ≥8.0 流值 (0.01mm) 33.0 20～40 结果 技术 要求 注：1)沥青加热温度控制在170℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为180～200℃；混合料拌和温度为180℃，上下浮动±5℃；击实温度为170～180℃；混合料废弃温度195℃；
2)沥青混合料理论最大相对密度采用计算法得到。
由表3-13可见，最佳油石比马歇尔试验结果的各项体积指标均符合设计技术要求。
5、浸水马歇尔试验
根据确定的各种矿料比例、级配和最佳油石比进行了马歇尔试件制作，并进行残留稳定度试验，以判断目标配合比沥青混合料抗水损害性能，试验结果如表3-14所列。
AC-20C (方案Ⅲ)残留稳定度试验结果 表3-14
油石比 (％) 稳定度(kN) 浸水时间 试验结果 平均值 残留稳定度(％) 设计要求（%） 2.457 2.463 30min 2.461 2.462 2.461 4.66 2.468 2.462 48h 94.6 ≥85 2.463 2.464 2.464 由表3-14可见，AC-20C（方案III）沥青混合料残留稳定满足设计要求。
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3.4 AC-20C沥青混合料目标配合比试验结果汇总表
AC-20C沥青混合料目标配合比三个方案的试验结果汇总于表3-16.
AC-20C沥青混凝土目标配合比设计试验结果 表3-16
结构类型 油石比(％) 试件相对密度 实际 理论 方案Ⅰ 4.53 2.461 2.573 4.3 14.7 70.6 9.4 35.7 3090 91.3 方案Ⅱ 4.69 2.461 2.568 4.2 15.0 72.1 9.7 34.6 3520 90.6 方案Ⅲ 4.66 2.461 2.571 4.3 15.1 71.3 8.7 33.0 3180 94.6 AC-20C设计要求 - - - 3～5 ≥13 65～75 ≥8.0 20～40 2400次/mm ≥85 空隙率(％) 间隙率(％) 饱和度(％) 稳定度(KN) 流值(0.01mm) 动稳定度(次/mm) 残留稳定度MS0(％) 4 AC-20C沥青混凝土目标配合比推荐方案 4.1 方案比选
根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的规定与施工图设计对AC-20C沥青混合料性能指标的技术要求，分别对以上三个设计方案的沥青混合料进行了试验分析，各试验数据见表3-16所列。
根据表3-16中所列试验结果，对各方案进行比选，以推荐出本项目AC-20C沥青混合料目标配合比最优方案。
1、方案Ⅱ与方案Ⅲ的比较
方案Ⅱ与方案Ⅲ均为AC-20C沥青混合料，由表3-6和表3-11可知，方案Ⅱ与方案Ⅲ级配的关键控制筛孔4.75mm通过率分别为42.4％和38.9％,可见方案III级配较方案II粗。根据方案Ⅱ和方案Ⅲ目标配合比设计结果，就以下几个方面对此两个方案进行比较。
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①体积指标：
方案Ⅱ、Ⅲ的最佳油石比、空隙率、饱和度和矿料间隙率分别为4.69%和4.66%，4.2％和4.3％，72.1%和71.3%， 15.0%和15.1%。从两个方案的的体积指标来看，各指标均能满足设计要求。
②水稳性：由表3-16中试验结果可知，方案Ⅱ与方案Ⅲ的残留稳定度分别为， 90.6%和94.6%，方案Ⅱ的残留稳定度略小，但动稳定度明显优于方案Ⅲ。
综合两个方案的级配曲线和以上几点比较、以及本项目的相关要求和特点，方案Ⅱ综合性能优于方案Ⅲ。
2、方案Ⅰ与方案Ⅱ的比较
方案Ⅰ与方案Ⅱ均为AC-20C沥青混合料，由表3-1和表3-6可知，方案Ⅰ与方案Ⅱ级配的关键控制筛孔4.75mm通过率分别为42.8％和42.4％。根据方案Ⅰ和方案Ⅱ目标配合比设计结果，就以下几个方面对此两个方案进行比较。
①体积指标：
方案Ⅰ、Ⅱ的最佳油石比、空隙率、饱和度和矿料间隙率分别为4.53%和4.69%，4.3％和4.2％，70.6%和72.1%， 14.7%和15.0%。从两个方案的的体积指标来看，各指标均能满足设计要求。
②水稳性：由表3-16中试验结果可知，方案Ⅰ与方案Ⅱ的残留稳定度分别为， 91.3%和90.6%，方案Ⅱ的残留稳定度较小，但动稳定度明显优于方案Ⅲ。
综合两个方案的级配曲线和以上几点比较、以及本项目的相关要求和特点，方案Ⅱ综合性能优于方案Ⅰ。
通过对以上三个方案的矿料级配、体积指标和沥青混合料性能进行综合比较，方案Ⅱ作为本项目AC-20C施工的推荐方案，方案Ⅲ作为备选方案。
4.2 推荐方案
下面层目标配合比设计方案推荐使用方案Ⅱ和备选方案Ⅲ各种矿料比例、油石比和矿料合成级配如表4-1所列。
AC-20C沥青混凝土推荐目标配合比级配组成 表4-1 矿料组成比例 推荐方案 备选方案 9.5-19mm:4.75-9.5mm:2.36-4.75mm:0～2.36mm:矿粉:消石灰:油石比＝ 45%:15%:13%:22%:4%:1%:4.69% 9.5-19mm:4.75-9.5mm:2.36-4.75mm:0～2.36mm:矿粉:消石灰:油石比＝ 50%:13%:13%:20%:3%:1%:4.66% 16
目标 合成级配 推荐方案 备选方案 31.5 100 100 26.5 100 100 19 96.8 96.5 16 89.4 88.3 通过下列筛孔(mm)质量百分率(%) 13.2 78.9 76.6 9.5 60.9 56.6 4.75 42.4 38.9 2.36 27.0 24.1 1.18 19.4 17.1 0.6 13.6 11.8 0.3 10.1 8.7 0.15 8.0 6.8 0.075 6.0 5.0
汪延高速公路建设项目GSZ03合同段工地试验室 2011-7-22
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